3.4.2. Испытания на твердость

Из всех видов механических испытаний твердость материала как сопротивление вдавливанию определяется чаще всего и практически для любых материалов. Это объясняется тем, что испытание на твердость не приводит к разрушению изделий, не ограничивает величину детали или изделия, отличается простотой, скоростью, а также портативностью применяемых приборов. При определении твердости существуют разные методы воздействия твердого тела на поверхность испытуемого материала: метод вдавливания, метод царапанья, упругой отдачи. Поскольку более распространен метод вдавливания, приведем важнейшие способы определения твердости этим способом.

3.4.2.1. Твердость по Бринелю

Испытание на твердость по Бринелю проводится путем вдавливания стального закаленного шарика диаметром 10 мм, 5 мм или 2,5 мм под действием нагрузки, величина которой определяется толщиной образца и уровнем измеряемой твердости (табл.4.1.). После снятия нагрузки на поверхности остается отпечаток, который измеряют с использованием особой лупы с делениями. Твердость определяется по формуле:

,

(4.8)

где Р – усилие, действующее на шарик, кг;

S- площадь поверхности отпечатка,мм;

D- диаметр шарика, мм.;

d – диаметра отпечатка, мм;

НВ – твердость по Бринелю.

Чтобы ускорить и упростить испытание для различных значений диаметра отпечатка и нагрузки Р в специальных таблицах подсчитаны величины НВ.

Образец для испытания на твердость должен быть плоскопараллельным, очищенным от окалины и других загрязнений. С целью повышения точности измерений количество отпечатков должно быть не менее 2, каждый отпечаток промеряется в двух перпендикулярных направлениях, и результат определяется как среднеарифметический. При этом расстояние от края образца до центра отпечатка должно быть не менее 2,5 d, а расстояние между отпечатками > 4d. Диаметры отпечатков должны находиться в пределах 0,2D < d < 0,6D.

Число твердости при стандартных условиях (шарик 10 мм, нагрузка 3000 кг, выдержка под нагрузкой 10 с) пишут так: НВ400 (твердость 400 единиц по Бринелю). Если условия испытания другие, то обозначение твердости дополняется этими условиями. Например, НВ5/250/30-200 означает: число твердости 200 при испытании шариком 5 мм под нагрузкой 250 кг в течение 30 с.

Твердость испытываемых методом Бринеля материалов не должна превышать НВ450 во избежание деформирования стального шарика и искажения результатов испытания. Такими материалами являются цветные металлы и сплавы, а также сырые незакаленные стали и чугуны.

Таблица 4.1 Условия испытания материалов по методу Бринеля

Материал	Интервал твердости в числах Бринеля	Толщина испытуемого образца	Соотношение между нагрузкой и диаметром шарика D	Диаметр шарика D в мм	Нагрузка Р в кг	Выдержка под нагрузкой в с
Черные металлы	140-450	От 6 до 3 От 4 до 2 Менее 3	Р = 30D2	10,0 5,0 2,5	3000 750 187,5	10
То же	<140	Более 6 От 6 до 3 Менее 3	Р = 10D2	10,0 5,0 2,5	1000 250 62,5	10
Цветные металлы	>130	От 6 до 3 От 4 до 2 Менее 2	Р = 30D2	10,0 5,0 2,5	3000 750 187,5	30
То же	35 - 130	От 9 до 3 От 6 до 3 Менее 3	Р = 10D2	10,0 5,0 2,5	1000 250 62,5	30
То же	8 - 35	Более 6 От 6 до 3 Менее 3	Р = 2,5D2	10,0 5,0 2,5	250 62,5 15,6	60